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第11章 “可燃性空气”是什么

现在的人们,都知道空气中有氧气和氮气,它是一种成分比较固定的气体。可是,在200多年以前,没有弄清楚空气是什么的时候,人们头脑里只有“气”的概念,并认为凡是气就是空气或空气的“变形”,因此就有所谓“可燃性空气”的说法,实际上这时指的是氢气。

自然界虽然没有游离的氢气,但在生活和实验的实践活动中,有一些很普通的反应就会产生氢气,如水蒸气跟热的炭火相遇,水跟碳即反应生成一氧化碳和氢气,再如铁、锌等金属碰到一些酸,也会有氢气生成。也许是生成的氢气随即在炭火中燃烧了,使人无法察觉它的存在,或许是由于人们的粗心和没有设法把它收集起来而被忽略了。在欧洲,直到16世纪末,才有人开始注意到氢气的一些行为,其中的一项就是它能燃烧,就此把它叫做“铁的易燃溶液”或“可燃性空气”。

60多年后的1766年,英国化学家卡文迪什详细地研究了氢气法和性质后,还发表了关于“可燃性空气”的专门论述,但他仍不知道氢气是什么,甚至还认为氢气就是一种叫做“燃素”的东西,当时的西欧化学界,流行一种“燃素说”,认为一切可燃物中,都含有一种元素,称之为“燃素”,用这种“燃素”的观点解释燃烧现象时,说成是可燃物正在释放“燃素”。既然他们认为“燃素”能够被释放也能够被吸收,就必定能够捕捉到。就在他们各处去寻找“燃素”时,找到了氢这种特别轻而又能燃烧的气体,怎能不高兴呢?卡文迪什是燃素说的虔诚信徒,认为能燃烧的金属中含有燃素,当金属和酸反应就是“它们所含的燃素便释放了出来,形成了这种可燃性空气”。

七八年后的1773年和1774年,人们发现了氧气,弄清楚了燃烧的本质,再做氢气燃烧的实验时,注意到收集燃烧后的生成物,发现只有纯净的水。这时,才知道水不是一种元素,而是氧元素跟那种“可燃性空气”的化合物。由于“可燃性空气”不能被分解成更简单的物质,应该确认它是一种元素,是水的组成之一。在1786—1787年间,法国化学家拉瓦锡才正式给它起了个名字,叫它“水之本源”,中文按它密度极小意译为“轻气”,后改为“氢”。

现在很难说是何人何时最早发现了氢气。由于卡文迪什是详细研究了氢气性质的第一位科学家,所以公认是他在1766年发现了氢气。实际上在西欧当时的科学界中,接触到或研究过氢气的人里面,有英国化学家波义耳,他在1671年发现铁在盐酸中产生氢气,叫它是“铁的易燃溶液”;有法国的化学家列迈里,他比较详细的研究了氢气制法和性质,在1700年送交巴黎科学院的报告中,把氢气叫做“易燃空气”,并认为它跟普通空气不是一种气体;其后有一位英国的牧师,曾集中收集了多种气体,把它们都叫做“变形”了的空气,其中也包括有氢气;在卡文迪什研究了氢气后的公元1776年,法国化学家马柯发现了氢气燃烧后的生成物有水;1781年,英国化学家普列斯特里,做了氢气和空气混合气的爆炸实验时,也发现了生成物是液珠,但不敢断言它是水;就在1781年,卡文迪什也用氢气跟空气的混合物进行实验,确认生成的液滴是纯净的水。这时氧气已经被发现了,卡文迪什就用来做实验,并发现氢气、氧气化合的体积比为2∶1。但是这时卡文迪什仍迷信燃素说,认为氧气是失去燃素的水,而氢气或许就是燃素本身,或许就是含有过多燃素的水,并没有认识到水才是一种化合物。后来,拉瓦锡重做了氢、氧化合的实验后,明确提出水是化合物,并认定氢是元素。

有意思的是一位前苏联科学院的通讯院士郝达考夫,在他1937年出版的一本名为《氢气》的著作中,认为“氢和水的复杂组成在欧洲人认识以前好久,就被中国学者所知悉,只不过在中国的文献中,氢是另一个名称,它是用“火”和“气”的词句来表示的。虽然这一说法,至今尚未见我国内的研究学者就此发表专论,但估计我国的古代炼丹方士和炼金术士们,曾经注意到某些可燃性气体的特别现象,其中可能说到一氧化碳和氢气,甚至也会包括干镏木材时的木煤气。

当然,仅就以上有关氢气的人和事而言,人们要得到一个真正的科学的认识,都需要有一个渐进的进步的过程。一个人的思维是有限的,无限多个有限的人脑,对无限性的物质的认识,则将永远是无限的。我们要继承前人思维的正确成果,也要参与自已的思维,才能在我们的面前,继续产生新的成果。人们学习历史,就应该用思维去创造未来的历史。